技术摘要：
本发明提供了一种固体废弃物渗滤液热‑湿‑力联合淋滤试验检测装置，采用顶部压板加压模拟固废堆场不同部位的承载应力，同时四周布置喷淋管道和顶部设置淋滤头模拟固废堆场的降雨入渗淋滤过程，在试验腔内设置测温和加热的机构模拟高温渣倾倒及季节变化导致的固废堆场  全部
背景技术：
尾矿固废是指在采矿、选矿、冶炼等环节中产生的工业固体废弃物。以磷矿为例， 磷尾矿主要有选矿过程中产生的尾矿、磷化工生产中产生的磷石膏和热法磷酸制备黄磷过 程中形成的磷渣等。受生产规模、加工成本、提取技术等限制，目前我国磷矿尾矿的综合利 用率仅为7％左右，大量磷矿尾矿堆存在尾矿库，安全隐患堪忧。如此大规模的磷尾矿堆放 占用大量土地，磷尾矿中的部分污染介质及残留选矿剂在雨淋和自然长期作用下会渗出进 入土壤、地表和地下水，对水土造成严重的污染并导致土地退化、植被破坏甚至危及人类身 体健康；还会引起崩塌、地面塌陷、滑坡、地裂缝、泥石流等次生灾害。此外，尾矿库区表面产 生的粉尘也会恶化附近空气质量，磷矿中由于存在一定量的伴生矿，长期堆存还可能带来 放射性污染。 目前国内外围绕固体废弃物料填埋场渗滤液的扩散与控制开展了大量研究，从季 节性温度变化、多场耦合及降雨入渗等角度建立了渗滤液的扩散数学模型，提出了隔离材 料对污染物的吸附、离子交换、化学反应和生物降解等净化截污作用机理，这些对固体废弃 物料堆场渗滤液扩散与隔离控制具有很好的借鉴。固体废弃物料堆场渗滤液的扩散与控制 也受堆场自身及环境温度变化、降雨入渗水力负荷及盖重带来的有效应力等影响，这与固 体废弃物渗滤液的产生及污染作用机理类似。以磷矿尾矿为例，磷尾矿、磷石膏、磷渣等堆 场中磷、氟、硫和浮选药剂等有机物与重金属的淋溶浸出加剧了渗滤液自身的复杂性，特别 是磷石膏堆场渗滤液的pH值较低，渗滤液在扩散过程中会与土壤部分组成发生物理化学反 应，改变其微观结构与构造，进而影响水分与污染物的扩散运移历程，从而影响其污染范围 和污染程度，这与垃圾填埋场渗滤液有所不同。因此，有必要结合不同固体废弃物料堆场所 处真实服役环境条件，综合考虑堆场内外环境温度、降雨入渗水力负荷、上部盖重产生的有 效应力及渗滤液物相组成等影响，进行磷矿尾矿等尾矿固废渗滤液污染物的释放与扩散机 理研究，为全面阐明磷矿固废污染机理及堆场污染物防治与控制奠定理论基础。 现有专利CN109100284A提供了一种能够测定尾矿砂实时固结渗透参数的装置，在 钢化玻璃固结室里放置土样，依据试验预先设计的荷载加载级别，利用土样上方设置油压 泵通过注油的方式推动传压活塞向土样加载轴向压力，通过压力脉冲法测量实时渗透率， 通过流量法测量实时固结过程中的渗透率。现有专利CN209296532U提供了一种尾矿材料及 其土工织物的淤堵实验装置，通过在上筒内设置喷头喷出蒸馏水用来模拟自然降雨状态， 通气管朝上筒内注入气体增大上筒内的压力用来对土样进行压实，利用压力表测量上筒内 部的压力，喷头喷出的蒸馏水穿过承压透水板后渗入中筒的土样中，再穿过土工织物和承 压滤网流入下筒，最终测量不同的水压、气压和土壤压实度下土样的淤堵情况。上述装置只 3 CN 111610134 A 说　明　书 2/6 页 能分别模拟降雨淋滤或尾矿料堆等固体废弃物上部荷载应力的情况，并未考虑尾矿料堆等 固体废弃物自身及环境温度变化，也无法将这些温度变化与尾矿料堆底部承受的盖重应 力、多维方向的渗滤液扩散及不同酸碱度淋滤液共同对尾矿料堆渗滤液的释放、迁移与扩 散的影响采用一套完整的设备进行试验检测。
技术实现要素：
针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种固体废弃物渗滤液热-湿-力联合淋 滤试验检测装置，通过以下技术，实现了不同固体废弃物堆放环境的准确模拟，为准确分析 不同固体废弃物的渗滤液成分和扩散迁移提供了一种切实有效的试验装置。 固体废弃物渗滤液热-湿-力联合淋滤试验检测装置，包括试验腔，试验腔内放置 固体废弃物料堆，所述试验腔四周由钢板围成，所述钢板内水平埋设有若干管道，每个所述 管道上设有若干第一孔，每个所述管道由单独的流量控制阀控制且与水箱和水泵连接； 所述试验腔顶部设有压板，所述压板上设有若干第二孔，所述压板下方设有第一 滤网，所述第一滤网与所述试验腔内的固体废弃物料堆接触；若干淋滤头均匀分布在所述 压板上方，所述压板上方还设有液压装置；所述试验腔下方设有承载板；所述承载板上设有 第三孔，所述承载板上方设有第二滤网，所述承载板下方设有收集池； 所述承载板上竖直均匀分布有若干测温杆，所述测温杆上沿轴向均匀分布有若干 测温点，所述测温点设有温度传感器；所述承载板上竖直均匀分布有若干加热管，所述加热 管内埋设电阻丝；所述压板和第一滤网上设有若干第四孔，所述测温杆和加热管的顶部从 所述第四孔穿过所述压板和第一滤网；另设控制件，所述温度传感器、电阻丝、流量控制阀 和水泵与所述控制件电连接。 以尾矿料堆为例，正常堆放时，内部的渗滤液不仅向下缓慢渗透，还会横向缓慢渗 透；位于上部的尾矿料堆由于自身重力，对下部的尾矿料堆产生明显的应力(压力)；高温废 渣等的倾倒以及季节的变化还会使得尾矿料堆等固体废弃物内部的温度场发生变化与调 整。承载应力、内外环境温度变化、不同方向和不同酸碱度淋滤液的渗透等不同情况，都会 对尾矿料堆中的污染物的释放、迁移、扩散过程产生影响。上述试验检测装置则专门应用于 模拟尾矿料堆等固体废弃物在堆放时的真实服役状态。上述装置的试验腔可以为方形或圆 柱形等形状，内部装满尾矿，通过压板顶部的液压装置推动压板下压，模拟下部尾矿受到的 承载压应力；位于试验腔四周的管道用于模拟雨水或不同酸碱度喷淋液横向渗透流动的情 形，压板顶部的淋滤头同样连接水泵和水箱用于模拟雨水或不同酸碱度喷淋液向下渗透的 情形，渗滤液穿过尾矿料堆下方的第二滤网和承载板上的第三孔流入收集池。研究人员收 集不同时间的渗滤液，研究渗滤液中磷、氮等富营养元素、重金属及有机物等污染物的释放 种类、形态、浓度等，追踪其随时间变化规律，揭示多因素耦合作用下尾矿料堆等固体废弃 物渗滤液中污染物的释放及时变规律。第一滤网、第二滤网的作用是防止尾矿堆的固体颗 粒堵塞压板的第二孔、承载板的第三孔，购买选用市面上能实现上述功能的具体型号的滤 网即可。在试验腔内设置测温杆和加热管，用于对尾矿料堆进行温度调节，模拟实际情况下 尾矿自身和环境温度变化造成的尾矿料堆场内部温度场动态调整过程。测温杆的测温点处 采用不易被渗滤液渗透腐蚀的材料组成防护结构，用于保护内部的温度传感器。上述装置 利用控制件分别控制每个管道的流量控制阀和水泵，用来模拟不同流量和流速的雨水或不 4 CN 111610134 A 说　明　书 3/6 页 同酸碱度喷淋液横向朝尾矿料堆渗透流动的情形，以符合实际淋滤过程；结合四周的温度 传感器测量四周的尾矿料堆的温度，通过加热管模拟尾矿料堆不同部位的温度分布和变 化。控制件可以选用控制芯片、电脑或PLC控制器等任意起到相应监测收集数据和发出指令 的电子设备。 优选地，所述试验腔由4块所述钢板围成长方体形的空腔，所述管道包括内管和外 管，所述外管沿圆周方向水平朝向所述试验腔内部设有1排第五孔，所述内管沿轴向设有若 干排第六孔；第一排所述第六孔数量与第五孔相同，第二排至最后一排所述第六孔的数量 分别为前一排所述第六孔数量的1/2；所述内管与外管的两端旋转密封连接，所述内管的外 壁与所述外管的内壁贴合，所述内管在所述外管内转动使所述第六孔与所述第五孔对应重 合或错开；所述内管由单独的流量控制阀控制且与水箱和水泵连接。 将试验腔设置成长方体形，长方体的每个面独立设置内管和外管，内管在外管内 转动，内管的外壁与外管的内壁完全贴合，防止液体在内外管之间渗漏。内管在外管的两端 旋转密封，具体的密封方式可以采用市面上常见的方式，也可以选用其他已公开的类似结 构，例如，内管的外壁和外管的内壁的两端设有若干圈凹槽，内管和外管的每一圈凹槽拼合 成完整的密封槽，在密封槽里设置密封橡胶圈，密封橡胶圈的摩擦阻力较小，也保证了内管 的旋转。管道的淋滤方式为：以外管上设有32个第五孔为例，则内管上的第1至4排的第六孔 数量分别为32、16、8、4个；将第一排的第六孔与第五孔对齐，则第五孔与所有的第六孔全部 对齐，内管中的雨水等液体从对齐之后的第五孔和第六孔渗出；将第二排的第六孔与第五 孔对齐，则只剩16个第六孔与第五孔对齐，而另一半第五孔则被内管的外壁封住，则只有16 个第五孔能发挥实际作用；以此类推，这样就能调节渗滤液在固体废弃物料堆中不同的渗 透进程。 优选地，每个所述管道的内管通过电机控制旋转，所述电机与所述控制件电连接。 利用电机转动内管，相比于手动转动，更容易精度调节，也节省了人力人工。 优选地，所述加热管在所述承载板上呈矩阵分布，所述测温杆位于呈矩阵分布的 相邻4个所述加热管的几何中心。作为一种排布方式，从承载板的俯视图来看，测温杆成矩 阵分布，每4个相邻的测温杆组成最小的方形矩阵，测温杆就位于方形矩阵的中心处，这样 检测的温度更准确，可信度更高。 优选地，所述测温杆和加热管在所述承载板上由内向外辐射状分布，同一条辐射 线上的测温杆和加热管轮流排列。作为另一种排布方式，若干测温杆和加热管排列成一条 辐射线沿辐射状排列，且每个辐射线上的测温杆和加热管轮流间隔排布。 优选地，所述收集池从中心向四周被分隔成若干同心的环形槽，每个环形槽单独 连接一个收集器。为了比配试验腔和固体废弃物料堆底部的形状，当试验腔为圆柱形时，每 一圈环形槽为圆环，当试验腔为长方体形时，每一圈环形槽即为方环，每一圈环形槽能够收 集从试验腔的固体废弃物料堆渗滤下来的渗滤液，且能单独收集不同区域的渗滤液，用来 分析渗滤液中磷、氮等富营养元素、重金属及有机物等污染物的释放种类、形态、浓度等，追 踪其随时间变化规律，揭示多因素耦合作用下固废堆场渗滤液中污染物的释放及时变规 律。 上述检测的装置的试验方法中，所述试验腔内放置固体废弃物料堆，且在所述固 体废弃物料堆下方、所述第二滤网上方还设有渗滤层。渗滤层一般选用固体废弃物料堆下 5 CN 111610134 A 说　明　书 4/6 页 方的土壤，用于模拟土壤环境；此外还可以选用其他材料，比如土工膜等过滤材料，用于检 验这些过滤材料对渗滤液的作用和影响。 更优选地，所述渗滤层与固体废弃物料堆的厚度比为0.1-0.6:1。渗滤层和固体废 弃物料堆的厚度一般可以按照实际固废堆场的情况来设定，并需要考虑需要研究的渗滤层 的最深厚度。 与现有技术相比，本发明的有益之处在于：采用顶部压板模拟固体废弃物料堆承 受的上部盖重带来的应力，同时采用四周的喷淋管道和顶部的淋滤喷头模拟固体废弃物料 堆多维空间的淋滤过程，在试验腔内设置测温和加热的机构，有效模拟不同区域的温度变 化及梯度，准确模拟了固体废弃物料堆露天堆放时环境温度、自身温度、降雨入渗及上方盖 重带来的有效应力等对污染物渗滤与扩散过程的影响，为固体废弃物料堆场的环境影响评 价及采取针对性渗滤液控制与处理措施提供了有效的辅助工具。 附图说明 图1为实施例1的淋滤试验检测装置的内部结构示意图(图中只画出1个测温杆和 加热管)； 图2为实施例1的淋滤试验检测装置的承载板、测温杆和加热管的俯视图； 图3为实施例1的淋滤试验检测装置的管道的俯视图； 图4为实施例1的淋滤试验检测装置的压板的结构示意图(图中只画出2个第四 孔)； 图5为实施例2的淋滤试验检测装置的管道的外管管壁展开后的结构示意图； 图6为实施例2的淋滤试验检测装置的管道的内管管壁展开后的结构示意图； 图7为实施例2的淋滤试验检测装置的收集池的俯视图； 图8为实施例3的淋滤试验检测装置的承载板、测温杆和加热管的俯视图； 图中：1、试验腔；2、磷矿尾矿料堆；3、钢板；4、管道；5、第一孔；6、压板；7、第二孔； 8、第一滤网；9、淋滤头；10、液压装置；11、渗滤层；12、承载板；13、第三孔；14、第二滤网；15、 收集池；16、测温杆；17、温度传感器；18、加热管；19、第四孔；20、内管；21、外管；22、第五孔； 23、第六孔；24、环形槽；25、收集器。